CN103742257A

CN103742257A - 活塞式燃水发动机及其工作方法

Info

Publication number: CN103742257A
Application number: CN201410012888.0A
Authority: CN
Inventors: 曲日; 曲超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2014-01-13
Publication date: 2014-04-23
Also published as: WO2015103998A1

Abstract

本发明涉及一种内燃机发动机，具体说是一种活塞式燃水发动机及其工作方法。包括发动机缸体、设置在发动机缸体中的活塞、安装在发动机缸体上的缸盖和排气管，所述活塞通过活塞杆与曲轴连接，所述缸盖上设有燃烧室，所述燃烧室中安装有喷油嘴，所述燃烧室中还安装有雾化水喷嘴，所述雾化水喷嘴通过喷水控制器连接高压水泵的输出端，所述高压水泵的输入端通过管道连接水箱。该活塞式燃水发动机工作温度低、效率高、运行平稳可靠、节能降耗效果显著。

Description

活塞式燃水发动机及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种内燃机发动机，具体说是一种活塞式燃水发动机及其工作方法。

背景技术

发动机各种新技术从出不穷，日新月异。发动机技术已成为一个国家技术水平的标志。高端科技、专利权几乎都被跨国公司所包揽。我国有自主产权的发动机技术屈指可数。能源是全人类关心的问题，也是我国社会经济发展的重中之重。燃油、燃气价格日益攀升在一定程度上制约了汽车业、飞机的发展。发动机效率一直困扰着发动机专家，更困扰着环保人士，同时已经造成无可挽回的毁灭性污染。能源不是取之不尽的，据专家预测2050年石油资源将会开采殆尽，能源危机将席卷全球，而替代能源尚未问世。传统活塞式发动机利用燃油或者燃气产生的爆发力推动活塞做功，会产生大量不做功的热量，而所有热量均产自燃油，发动机无法全部利用燃油、燃气的能量，为保证发动机安全温度还必须采取强制冷却措施，这必然要造成大部分燃油的浪费。

现代科学常识告诉我们，N重量80℃的水加热至300℃所需热量为4200J/(KG°C)×（300-80）×N=924N（J）

N重量的汽油燃烧产生的热量是4.6×10^7J/KG×N=4600N（J）

N重量的柴油燃烧产生的热量是3.3×10^7J/KG×N=3300N（J）

N重量的天然气燃烧产生的热量是4.5 ×10^7J/KG×N=4500N（J）

根据发动机功率计算公式：P=（NVP）/30t（N:转速rpm；V:排量L；P:缸内平均压力MPa；t：发动机冲程；四冲程=4；二冲程=2）证明相同重量燃油或者天然气完全燃烧产生的热量大于同等重量水升温至300°所需热量的4倍。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作温度低、效率高、节能降耗的活塞式燃水发动机及其工作方法。利用发动机燃烧室中燃烧燃料产生的热量加热雾化水，再利用蒸汽膨胀推动活塞做功，提高了发动机效率，降低了燃油消耗和尾气排放。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

活塞式燃水发动机包括发动机缸体、设置在发动机缸体中的活塞、安装在发动机缸体上的缸盖和排气管，所述活塞通过活塞杆与曲轴连接，所述缸盖上设有燃烧室，所述燃烧室中安装有喷油嘴，所述燃烧室中还安装有雾化水喷嘴，所述雾化水喷嘴通过喷水控制器连接高压水泵的输出端，所述高压水泵的输入端通过管道连接水箱。

所述排气管上设有水套，所述水套串联在水箱与喷水控制器之间的管路中。

所述喷水控制器包括串联在雾化水喷嘴与高压水泵之间的电磁阀、连接在电磁阀控制端的脉宽调整电路、连接在脉宽调整电路输入端的喷水控制电路，所述脉宽调整电路包括单稳态触发控制器、连接在单稳态触发控制器信号输入端的温度传感器、连接在单稳态触发控制器信号输出端的放大电路，所述单稳态触发控制器的触发端连接喷水控制电路的信号输出端，所述喷水控制电路包括与门电路、连接在与门电路输入端的曲轴位置传感器和做功缸信号发生器。

高压水泵将水箱中的水泵送到喷水控制器的输入端，喷水控制器通过曲轴位置传感器检测曲轴位置并通过做功缸信号发生器检测是否为做功缸；如果做功缸曲轴位置处于15度——60度之间，则喷水控制器发出喷水脉冲信号并依据温度传感器检测的温度值确定喷水脉冲信号的脉宽，所述喷水脉冲信号控制电磁阀打开，向做功缸内喷入雾化水；如果做功缸和曲轴位置处于15度——60度之间至少其中一个条件不满足，则喷水控制器发出不喷水信号。

采用上述技术方案后，水箱中的水经过排气管换热器预热至80℃以上，废气热量再次利用，通过高压水泵喷入气缸，产生300℃以上高温蒸汽，其体积迅速膨胀至1800倍左右。根据水蒸气焓熵图查得300℃的对应压力为9MPa,已超过发动机正常工作压力。发动机转速降低约20％，功率提高约10％，扭矩提高约30％。如果将水温在提高至360℃，水蒸气焓熵图的对应压力为20MPa，功率将按比例升高，水蒸气压力取决于喷油量和喷水量比例。这样就可以大幅度降低燃油消耗，同时还可以降低发动机的工作温度，有利于节能环保。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构原理图。

图2是喷水控制器的电原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的活塞式燃水发动机包括发动机缸体8、设置在发动机缸体8中的活塞7、安装在发动机缸体8上的缸盖5和排气管，所述活塞7通过活塞杆与曲轴连接，所述缸盖5上设有燃烧室6，所述燃烧室6中安装有喷油嘴9，所述燃烧室6中还安装有雾化水喷嘴6，所述雾化水喷嘴6通过喷水控制器3连接高压水泵2的输出端，所述高压水泵2的输入端通过管道连接水箱1。

所述排气管上设有水套11，所述水套11串联在水箱1与喷水控制器3之间的管路中。利用排气管的热量将水套11中的水加热以后送到喷水控制器3，用以提高喷入燃烧室6的雾化水的温度。

如图2所示，所述喷水控制器3包括串联在雾化水喷嘴6与高压水泵2之间的电磁阀31、连接在电磁阀31控制端的脉宽调整电路32、连接在脉宽调整电路32输入端的喷水控制电路33，所述脉宽调整电路32包括单稳态触发控制器IC、连接在单稳态触发控制器IC信号输入端的温度传感器RT、连接在单稳态触发控制器IC信号输出端的放大电路；所述单稳态触发控制器IC的触发端连接喷水控制电路33的信号输出端，所述喷水控制电路（33）包括与门电路（IC2）、连接在与门电路（IC2）输入端的曲轴位置传感器（S1）和做功缸信号发生器（S2）。所述喷水控制电路33包括与门电路IC2、连接在与门电路IC2输入端的曲轴位置传感器S1和做功缸信号发生器S2。曲轴位置传感器S1和做功缸信号发生器S2均为现有技术，曲轴位置传感器S1产生曲轴位置信号，做功缸信号发生器S2产生做功缸信号。曲轴位置传感器S1通常采用霍尔元件或者光电元件检测曲轴旋转的角度位置，做功缸信号发生器S2可以采用独立的传感器产生做功缸信号，也可以利用多个曲轴位置传感器产生的信号经过电路转换或计算得到做功缸信号。

该活塞式燃水发动机的其余部分结构和工作原理采用现有技术，在此补再详述。

上述的活塞式燃水发动机的工作方法，其步骤如下：高压水泵2将水箱1中的水泵送到喷水控制器3的输入端，喷水控制器3通过曲轴位置传感器S1检测曲轴位置，同时通过做功缸信号发生器S2判断是否为做功缸，如果做功缸的曲轴位置处于15度——20度之间，则喷水控制器3发出喷水脉冲信号并依据温度传感器RT检测的温度值确定喷水脉冲信号的脉宽，喷水脉冲信号控制电磁阀31打开，向做功缸内喷入雾化水；水温越高喷水脉冲信号的脉冲宽度越大，最宽宽度受控于限宽电阻，最大脉宽限制在10ms以内，这样就可以根据传感器反馈信号对供油量、供水量喷射比例进行自动即时修正，确保动力稳定，同时也保证了发动机的安全温度。如果曲轴位置处于15度——20度之间以及做功冲程至少其中一个条件不满足，则喷水控制器3发出不喷水信号。

该活塞式燃水发动机的其他工作步骤如进气、压缩、喷油、燃烧、膨胀做功、排气，均与现有技术相通，在此不再详述。

普通发动机点火的时候曲轴均处于15度之前，也就是说在燃油点火燃烧开始做功以后、做功结束之前，雾化水喷嘴6向燃烧室喷入雾化水，这样既不会影响点火燃烧还可以利用燃烧后的余热将雾化水迅速加热膨胀，膨胀后的水蒸气又会推动活塞做功，提高工作效率。

Claims

1.活塞式燃水发动机，包括发动机缸体（8）、设置在发动机缸体（8）中的活塞（7）、安装在发动机缸体（8）上的缸盖（5）和排气管，所述活塞（7）通过活塞杆与曲轴连接，所述缸盖（5）上设有燃烧室（6），所述燃烧室（6）中安装有喷油嘴（9），其特征在于：所述燃烧室（6）中还安装有雾化水喷嘴（6），所述雾化水喷嘴（6）通过喷水控制器（3）连接高压水泵（2）的输出端，所述高压水泵（2）的输入端通过管道连接水箱（1）。

2.根据权利要求1所述的活塞式燃水发动机，其特征在于：所述排气管上设有水套（11），所述水套（11）串联在水箱（1）与喷水控制器（3）之间的管路中。

3.根据权利要求1或2所述的活塞式燃水发动机，其特征在于：所述喷水控制器（3）包括串联在雾化水喷嘴（6）与高压水泵（2）之间的电磁阀（31）、连接在电磁阀（31）控制端的脉宽调整电路（32）、连接在脉宽调整电路（32）输入端的喷水控制电路（33），所述脉宽调整电路（32）包括单稳态触发控制器（IC）、连接在单稳态触发控制器（IC）信号输入端的温度传感器（RT）、连接在单稳态触发控制器（IC）信号输出端的放大电路，所述单稳态触发控制器（IC）的触发端连接喷水控制电路（33）的信号输出端，所述喷水控制电路（33）包括与门电路（IC2）、连接在与门电路（IC2）输入端的曲轴位置传感器（S1）和做功缸信号发生器（S2）。

4.如权利要求1——3任意一项所述的活塞式燃水发动机的工作方法，其特征在于步骤如下：高压水泵（2）将水箱（1）中的水泵送到喷水控制器（3）的输入端，喷水控制器（3）通过曲轴位置传感器（S1）检测曲轴位置并通过做功缸信号发生器（S2）检测是否为做功缸；如果做功缸曲轴位置处于15度——60度之间，则喷水控制器（3）发出喷水脉冲信号并依据温度传感器（RT）检测的温度值确定喷水脉冲信号的脉宽，所述喷水脉冲信号控制电磁阀（31）打开，向做功缸内喷入雾化水；如果做功缸和曲轴位置处于15度——60度之间至少其中一个条件不满足，则喷水控制器（3）发出不喷水信号。